镁与氮气反应的相关计算
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2024-12-03
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关于镁与氮气反应的热化学计算
在硅热法炼镁后期粗镁精炼阶段，将还原出来的粗镁放到精炼锅炉内加热
到740℃左右，同时向锅内加入配置好的精炼溶剂，达到粗镁精炼提纯的目的。
为防止在精炼时，空气与熔融状态的镁或镁在蒸汽直接接触发生化学反应，增
加了对镁的消耗。如果用氮气来隔绝镁与空气的直接接触，从而达到对镁的保
护，这一措施能否阻止镁被氧化，切实可行的起到保护镁的作用。现通过计算，
进一步进行分析，分别计算不同状态下镁与氮气可能发生的各种反应。
一、Mg 与N2 反应的历程猜想
假设 Mg 与N2 发生反应后，可能生成的物质有以下猜想，将 Mg 与N元素
组合的各种可能存在的形式，查阅各种资料与中国科学院过程工程研究所工程
化学数据库，可能生成的物质有以下三种形式。
1、反应生成
Mg3N2
，在室温下，纯净的氮化镁为黄绿色的粉末，与水易发
生反应，放出氨气。
2、生成 MgN，此物质暂时没有找到相关的资料进行详细的记载。
3、生成 Mg(NO3)2，无色结晶，有吸湿性，330℃分解。易溶于水，溶于
乙醇和氨水，水溶液呈中性。相对密度 1.464，熔点约 95℃。有氧化性，与易
燃的有机物混合能发热燃烧，有火灾及爆炸危险，有刺激性。
现分别对它们的热力学反应进行计算，确定它们在热力学上发生反应的可
能性。
二、反应历程猜想计算
1、生成
Mg3N2
的计算：
镁与氮气的反应方程式如下所示：
反应物 生成物
△Hθ298 △Φ'T△GθTKθT
3Mg(s&
l)
3Mg(g
)
N2(g)
Mg3N2
(g)
△Hθ(f,298
)
0
14644
0
0
-
461495
-
46149
5
(s&l) Mg(s&l) Mg(g)
Mg(s&
l)
Mg(g) Mg(s&l) Mg(g)
298 32.677
148.6
46
191.5
02
87.864
-
90081
5
(g)
-
201.66
9
-
549.57
6
-
40139
8
-
73704
1
2.22E+
70
1.48E+12
9
300 32.678
148.6
46
191.5
03
87.866
-
201.67
1
-
549.57
5
-
40099
4
-
73594
3
6.42E+
69
1.31E+12
8
400 33.672
149.4
61
192.6
65
91.895
-
201.78
6
-
549.15
3
-
38078
1
-
68115
4
5.21E+
49
8.60E+88
500 35.586
151.0
01
194.6
55
99.641
-
201.77
2
-
548.01
7
-
36060
9
-
62680
7
4.64E+
37
2.96E+65
600 37.775
152.7
25
197.3
02
108.50
2
-
202.12
5
-
546.97
5
-
34022
0
-
57263
0
4.11E+
29
6.97E+49
700
40.019
9
154.4
53
199.7
89
117.58
-
202.26
9
-
545.56
8
-
31990
7
-
51891
7
7.37E+
23
5.19E+38
800 42.232
156.1
22
202.2
06
126.53
1
-
202.37
1
-
544.04
1
-
29959
8
-
46558
2
3.62E+
19
2.48E+30
900 44.383
157.7
1
204.5
22
135.25
3
-
202.41
8
-
542.39
9
-
27931
9
-
41265
6
1.62E+
16
8.83E+23
1000 47.217
159.2
11
206.7
28
143.62
6
-
204.75
3
-
540.73
5
-
25674
2
-
36008
0
2.56E+
13
6.39E+18
1100 50.027
160.6
29
208.8
25
151.66
9
-
207.23
7
-
539.04
3
-
23353
4
-
30786
8
1.22E+
11
4.14E+14
1200 52.616
161.9
68
210.8
19
159.33
7
-209.33
-
537.38
6
-
21029
9
-
25595
2
1.42E+
09
1.38E+11
1300 55.016
163.2
35
212.7
18
166.59
1
-
211.17
5
-
535.83
2
-
18696
8
-
20423
3
3.24E+
07
1.60E+08
氮气与镁反应生成氮化镁，在常温常压下（298K），吉布斯自由能变
∆ GT
θ<0
，表示反应在此温
度下即可发生，反应的进行的程度很大。实际中，在常温常压下并看不到镁与氮气发生反应，生成
氮化镁，是因为反应的速率太慢，达到平衡状态所需要的时间非常漫长。
此反应随着反应温度的升高，反应进行的程度变小，因为是放热反应，升高温度有利于反应向
着逆反应的方向进行。
如同氢气与氧气的反应，通过计算，氢气与氧气在常温常压下也可以反应，但是实际上并观察
不到有水生成，原因是反应的速率太慢。但当有铂或者钯做催化剂时，便可大大增大其反应的速率，
可用肉眼观察到有水生成。常温常压下，镁与氮气的反应只是缺少引发反应速率改变的条件，点燃
是其中的一种方式，点燃的镁条可以在纯净的氮气中剧烈燃烧，生成黄绿色的氮化镁固体粉末。
2、生成 MgN 的热力学计算：
关于 MgN 的资料，目前我们拥有的热力学数据表中查阅不到 MgN 相关的数据，但可以在中国
科学院过程工程研究所工程化学数据库[1]中查到部分数据及公式。根据公式和给定的部分参数，通
过相应的计算可以得出所需的热力学数据。
反应的化学方程式如下所示：
2Mg（？）+N2（g）→2MgN（g）
在工程化学数据库中查询到数据如下图所示：
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关于镁与氮气反应的热化学计算在硅热法炼镁后期粗镁精炼阶段，将还原出来的粗镁放到精炼锅炉内加热到740℃左右，同时向锅内加入配置好的精炼溶剂，达到粗镁精炼提纯的目的。为防止在精炼时，空气与熔融状态的镁或镁在蒸汽直接接触发生化学反应，增加了对镁的消耗。如果用氮气来隔绝镁与空气的直接接触，从而达到对镁的保护，这一措施能否阻止镁被氧化，切实可行的起到保护镁的作用。现通过计算，进一步进行分析，分别计算不同状态下镁与氮气可能发生的各种反应。一、Mg与N2反应的历程猜想假设Mg与N2发生反应后，可能生成的物质有以下猜想，将Mg与N元素组合的各种可能存在的形式，查阅各种资料与中国科学院过程工程研究所工程化学数...
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